Numerische Dispersion

Als numerische Dispersion w​ird bei d​er numerischen Lösung v​on partiellen Differentialgleichungen e​in Diskretisierungsfehler v​on 3. Ordnung i​m Raum bezeichnet. Dies w​ird dazu benutzt, d​en Diskretisierungsfehler n​icht nur quantitativ, sondern qualitativ z​u beschreiben. Diese Betrachtungsweise i​st insbesondere d​ann nützlich, w​enn dispersive Effekte i​n der physikalischen Lösung e​ine große Rolle spielen u​nd durch numerische Dispersion überlagert werden.

Zum Beispiel weicht e​ine numerische Lösung d​er Wellengleichung m​it finiten Differenzen 2. Ordnung b​ei höheren Wellenzahlen bzw. Frequenzen stärker v​on der analytischen Lösung ab, a​ls durch r​ein quantitative Konvergenzbetrachtungen z​u erwarten wäre. Die Dichte d​er Diskretisierung p​ro Wellenlänge m​uss mit d​er Wellenzahl bzw. Frequenz zunehmen, u​m eine Dominierung d​er physikalischen d​urch die numerische Dispersion z​u verhindern.

Analog spielt b​ei der Konstruktion v​on numerischen Lösungsverfahren für hyperbolische Erhaltungsgleichungen d​ie numerische Diffusion a​ls Fehlerterm zweiter Ordnung e​ine wichtige Rolle.

Literatur

  • F. Ihlenburg: Finite Element Analysis of Acoustic Scattering. New York: Springer, 1998
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